Werkstoffkunde: Eigenschaften & Klassifizierung von Materialien

Metallische Werkstoffe: Eigenschaften & Klassifizierung

• Allgemeine Eigenschaften: Hohe Wärmeleitfähigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit, hohe Dichte.

Eisen: Eigenschaften und Typen

• Dichte: 7.86 kg/dm³
• Schmelzpunkt: 1530 °C
• Eigenschaften: Weich, geschmeidig, gut temperierbar.

Gusseisen: Herstellungsprozesse

• Klassifizierung nach Herstellung:
  • Primärschmelze
  • Sekundärschmelze
  • Temperguss (durch Wärmebehandlung)
  • Gehärtetes Gusseisen (durch schnelle Abkühlung)

Gusseisen: Klassifizierung nach Zusammensetzung

• Klassifizierung nach Zusammensetzung:
  • Grauguss
  • Sphäroguss (verbesserte Festigkeit und Duktilität)
  • Weißguss
  • Legiertes Gusseisen

Stahl: Einteilung und Typen

• Einteilung:
  • Kohlenstoffstahl (nur Eisen und Kohlenstoff)
  • Legierter Stahl (enthält andere Elemente)
  • Ultrahochfester Stahl (Sonderbehandlung)
  • Rostfreier Stahl
  • Werkzeugstahl

Kupfer: Eigenschaften und Beständigkeit

• Dichte: 8.9 kg/dm³
• Schmelzpunkt: 1083 °C
• Eigenschaften: Duktil, formbar, widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und Flüssigkeiten.

Kupferlegierungen: Messing und Bronze

• Messing: Kupfer und Zink
• Bronze: Kupfer und Zinn (z.B. Phosphorbronze; andere Legierungen enthalten weitere Metalle)

Aluminium: Eigenschaften und Legierungen

• Dichte: 2.7 kg/dm³
• Schmelzpunkt: 658 °C
• Eigenschaften: Weich, geschmeidig, leitfähig, stabil an der Luft.

Aluminiumlegierungen und ihre Eigenschaften

• Kupferlegierungen: Mechanische Festigkeit steigt, Korrosionsbeständigkeit sinkt.
• Zinklegierungen: Geringere Beständigkeit gegen Kriechverformung.
• Siliziumlegierungen: Seltener verwendet.
• Nickelegierungen: Geringere Korrosionsbeständigkeit.
• Manganlegierungen: Erhöht die Korrosionsbeständigkeit.
• Titanlegierungen: Höhere Ermüdungsbeständigkeit.
• Magnesiumlegierungen: Größere Korrosionsbeständigkeit.

Zinn: Eigenschaften und Anwendungen

• Dichte: 7.3 kg/dm³
• Schmelzpunkt: 832 °C
• Eigenschaften: Flexibel und formbar im kalten Zustand, oxidiert leicht. Wird oft als Beschichtung für andere Metalle verwendet.

Blei: Eigenschaften und Legierungen

• Dichte: 11.34 kg/dm³
• Schmelzpunkt: 327 °C
• Eigenschaften: Flexibel, schwer verformbar, geringe Festigkeit.

Bleilegierungen und ihre Anwendungen

• Lote (Zinn und Blei)
• Gleitlagerlegierungen
• Druckgusslegierungen
• Hartblei (z.B. für Spielzeug)

Zink: Eigenschaften und Verformbarkeit

• Dichte: 7.5 kg/dm³
• Schmelzpunkt: 419 °C
• Eigenschaften: Nicht spröde, geringe Festigkeit im kalten Zustand, gewinnt an Festigkeit bei Erwärmung.

Titan: Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit

• Dichte: 4.5 g/cm³
• Schmelzpunkt: 1660 °C
• Eigenschaften: Leicht, hart, sehr korrosionsbeständig.

Keramische Werkstoffe: Typen und Eigenschaften

Traditionelle Keramik und Glas

• Traditionelle Keramik: Basierend auf Ton.
• Glas: Amorphe Struktur.

Neue Keramische Werkstoffe

Oxidkeramik: Aluminiumoxid und Korrosionsbeständigkeit

• Oxide: Z.B. Aluminiumoxid (hohe Korrosionsbeständigkeit, geringe Leitfähigkeit).

Carbidkeramik: Härte und Verschleißfestigkeit

• Carbide: Hohe Härte und Verschleißfestigkeit (z.B. für Werkzeuge).

Nitridkeramik: Eigenschaften und Anwendungen

• Nitride: Spröde.
• Typen von Nitriden:
  • Siliziumnitrid (hohe Thermoschockbeständigkeit)
  • Bornitrid (extrem hohe Härte)
  • Titannitrid (gute Verschleißfestigkeit)

Kunststoffe: Eigenschaften und Klassifizierung

• Allgemeine Eigenschaften: Komplexe Geometrien, niedrige Dichte, gute Belastbarkeit, geringe Leitfähigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit.

Thermoplaste: Wiederholt formbar

• Können wiederholt erhitzt und geformt werden.

Typen von Thermoplasten und ihre Merkmale

• Acetale: Beständig gegen Lösungen und Verschleiß.
• ABS: Hohe Oberflächenhärte.
• Fluorpolymere: Beständig gegen hohe Temperaturen.
• Polyamid: Hohe Verschleißfestigkeit.
• Polycarbonat: Sehr hohe Festigkeit.
• Polyester: Gute Verschleißfestigkeit.
• Polyethylen: Hohe Abriebfestigkeit.
• Polypropylen: Beständig gegen Abrieb, hohe Oberflächenhärte.

Duroplaste: Nicht wiederholt formbar

• Können nach dem Aushärten nicht mehr durch Wärme verformt werden und bilden bei Überhitzung Risse.

Typen von Duroplasten und ihre Anwendungen

• Epoxidharze: Beständig gegen Hitze und chemische Angriffe.
• Polyesterharze: Oft in Kunststoffverbundwerkstoffen verwendet.

Verbundwerkstoffe: Aufbau und Typen

Organische Matrix-Verbundwerkstoffe

Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe

• Polymer: Zur Verteilung der Kräfte zwischen den Fasern.

Strukturtypen von Verbundwerkstoffen

• Laminarstrukturen
• Sandwichstrukturen
• Wabenstrukturen